تأثیر کاربرد زغال زیستی و سرکه چوب بر برخی ویژگی ‏های شیمیایی و بیولوژیکی خاک زیرکشت ذرت علوفه ‏ای

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه علوم خاک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران.

2 نویسنده مسئول، گروه علوم خاک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران.

3 گروه علوم خاک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران.

4 مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان چهارمحال و بختیاری، شهرکرد، ایران.

5 گروه علوم خاک، دانشگاه خوزستان، خوزستان، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: سیاست‏ های مختلف کشاورزی خواستار به حداقل رساندن خطرات زیست‏محیطی ناشی از استفاده مداوم از سموم دفع آفات و سایر مواد شیمیایی مصنوعی و به دنبال روش‏ های جایگزین هستند. سرکه چوب و زغال زیستی می‏ توانند در کشاورزی ارگانیک و به‏ عنوان اصلاح‏ کننده خاک استفاده شود. هدف از این پژوهش مطالعه تأثیر کاربرد توأم زغال زیستی و سرکه چوب بر برخی ویژگی‏ های شیمیایی و بیولوژیکی خاک زیرکشت ذرت علوفه‏ ای بود.
مواد و روش‎ ها: بدین منظور تحقیقی در شرایط گلخانه ‏ای اجرا شد. آزمایش به ‏صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار اجرا شد. تیمارهای موردبررسی شامل سرکه چوب در شش مقدار صفر (W0)، 0/02 (W1)، 0/04 (W2)، 0/1(W3)، 0/2 (W4) و 0/4 (W5) گرم در کیلوگرم (فاکتور اول) و ماده اصلاحی شامل ماده خام (چوب درختان انار و آلو) در دو سطح یک (B0 1) و دو (B0 2) درصد جرمی و زغال زیستی (زغال زیستی تهیه ‏شده از چوب درختان انار و آلو در دمای 450 درجه سانتی‏گراد) در دو سطح یک (B1) و دو (B 2) درصد جرمی (فاکتور دوم) اعمال شد. خصوصیات شیمیایی مانند اسیدیته، قابلیت هدایت الکتریکی، کربن آلی، نیتروژن کل، سدیم محلول، پتاسیم محلول، کلسیم محلول، منیزیم محلول و فسفر قابل استفاده، خصوصیات میکروبیولوژی خاک مانند تنفس پایه و کربن زیست‏توده میکروبی خاک و خصوصیات ظاهری گیاه مانند ارتفاع گیاه، قطر ساقه، وزن تر و وزن خشک گیاه ذرت علوفه ‏ای نیز اندازه‏ گیری شد.

یافته‏ ها: نتایج نشان داد با کاربرد هم‏زمان سرکه چوب و ماده اصلاحی، pH(3/5%)، قابلیت هدایت الکتریکی، کربن آلی، کلسیم محلول، منیزیم محلول، تنفس پایه و کربن زیست‏توده میکروبی خاک افزایش یافت. بیشترین افزایش قابلیت هدایت الکتریکی، کلسیم محلول، منیزیم محلول و کربن آلی خاک در تیمار W5B2 بود که نسبت به شاهد 5/3، 3/9، 2/2 و 3/6 برابر شد. همچنین تنفس پایه طی یک ماه انکوباسیون در هر سه فاصله زمانی بیشترین مقدار CO2 متصاعد شده مربوط به تیمار W5B2 بود. به‏ طوری‏که در 10 روز اول، دوم و سوم میزان تنفس میکروبی خاک در تیمار W5B2 به ترتیب 6/91، 6/54 و 6/4 برابر بیشتر از شاهد شد. در گیاه نیز استفاده هم‏زمان سرکه چوب و زغال زیستی باعث افزایش قطر ساقه، وزن تر و وزن خشک گیاه گردید. درحالی‏که کاربرد توأم سرکه چوب و ماده خام باعث کاهش قطر ساقه، وزن تر و وزن خشک گیاه در مقایسه با شاهد شد. کاربرد ماده اصلاحی به ‏تنهایی نیز باعث افزایش سدیم محلول، پتاسیم محلول، آهن، مس، روی، منگنز و کاهش فسفرقابل استفاده و نیتروژن کل خاک گردید.
نتیجه‏ گیری: نتایج نشان داد، تأثیر کاربرد زغال زیستی و سرکه چوب بر افزایش غلظت عناصر و بهبود ویژگی‏ های کیفی خاک و گیاه به مقدار عناصر غذایی، کربن آلی موجود در زغال زیستی و سرکه چوب، pH خاک و مقدار مصرف آن‏ ها وابسته است. با توجه به تأثیر مثبت زغال زیستی و سرکه چوب بر افزایش کربن آلی خاک، افزایش در دسترس بودن عناصرغذایی، تحریک فعالیت میکروبی خاک و افزایش رشد گیاه استفاده از زغال زیستی و سرکه چوب در خاک ‏های آهکی ایران توصیه می ‏شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Application of Biochar and Wood Vinegar on Some Chemical and Microbiological Properties of Soil under Forage Corn Cultivation

نویسندگان [English]

  • Nasrin Karimian 1
  • Shoja Ghorbani Dashtaki 2
  • Hamidreza Motaghian 3
  • Ramin Iranipour 4
  • Bijan Khalili Moghadam 5
1 Ph.D. Student, Dept. of Soil Science, University of ShahreKord, Shahre Kord, Iran.
2 Corresponding Author, Dept. of Soil Science, University of ShahreKord, ShahreKord, Iran.
3 Dept. of Soil Science, University of ShahreKord, ShahreKord, Iran.
4 Agricultural and Natural Resources Research and Education Center of Chaharmahal va Bakhtiari, ShahreKord, Ian.
5 Dept. of Soil Science, University of Khuzestan, Khuzestan, Iran.
چکیده [English]

Background and Objectives: Different agricultural policies tend to minimize the environmental risks caused by the continuous use of pesticides and other synthetic chemicals and look for alternative methods. Wood vinegar and biochar can be used in organic agriculture as soil conditioners. This study aimed to investigate the effect of biochar and wood vinegar on some chemical and microbiological properties of soil under forage corn cultivation.

Materials and Methods: For this purpose, a research was carried out in greenhouse condition. The experiment was a factorial experiment in a completely randomized design in 3 replications. The studied treatments include wood vinegar in 6 amounts of zero (W0), 0.02 (W1), 0.04 (W2), 0.1 (W3), 0.2 (W4), and 0.4 (W5) g/Kg (first factor) and soil conditioner including raw material (wood of pomegranate and plum trees) in 2 levels 1% (B01) and 2% (B02) amounts and biochar (biochar prepared from pomegranate and plum trees at temperature 4500C) was applied at 2 levels of 1% (B1) and 2% (B2) amounts (second factor). The chemical properties of the soils such as soil acidity (pH), electrical conductivity (EC), soil organic carbon (OC), total nitrogen (TN), soluble sodium (Na+), soluble potassium (K+), soluble calcium (Ca+2), soluble magnesium (Mg+2) and available phosphorous (P); and the soil microbiological properties including basal respiration and microbial biomass carbon and the physical characteristics of forage corn such as height, stem diameter, dry weight, and wet weight were measured.

Results: The results showed that co-application of conditioner and wood vinegar increased soil acidity (5.3%), electrical conductivity (EC), soluble calcium (Ca+2), soluble magnesium (Mg+2), organic carbon (OC), basal respiration, and microbial biomass carbon. The most significant increase in electrical conductivity (EC), soluble calcium (Ca+2), soluble magnesium (Mg+2), and organic carbon (OC) were observed in W5B2 treatment, which were 5.3, 3.9, 2.2, 3.6, and 7.2 times more than the control. Also, the basal respiration with the highest amount of emitted CO2 during one month of incubation in all three times intervals was observed in W5B2 treatment. So that in the first, second, and third ten days, the rate of soil microbial respiration in W5B2 treatment was observed 6.91, 6.54, and 6.4 times more than the control, respectively. The co-application of wood vinegar and biochar led to increase in the stem diameter, dry weight, and wet weight of the plant. In contrast, the co-application of wood vinegar and the soil conditioner decreased the plant's stem diameter, wet and dry weight compared to the control. Addition of conditioner material alone increased soluble sodium (Na+), soluble potassium (K+), Fe, Cu, Zn, and Mn, while decreasing total nitrogen (TN) and available phosphorous (P).

Conclusion: The results illustrated that the effect of using biochar and wood vinegar on increasing, the concentration of elements and improving the qualitative characteristics of soil and plants depends on the amount of nutrients, organic carbon in biochar and wood vinegar, soil acidity and their consumption. Considering the positive effect of biochar and wood vinegar on increasing soil organic carbon, increasing the availability of nutrients, stimulating soil microbial activity and increasing plant growth, it is recommended to use biochar and wood vinegar in calcareous soils of Iran.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biochar
  • Microbial Biomass Carbon
  • Wood Vinegar
  • Pyrolysis

مراجع

1.Pattiya, A. 2011. Thermochemical characterization of agricultural wastes from Thai cassava plantations. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization and Environmental Effects. 33: 691-701.
2.Lehmann, J., Da Silva, J.P., Steiner, C., Nehls, T., Zech, W., and Glaser, B. 2003. Nutrient availability and leaching in an archaeological anthrosol and a ferralsol of the central Amazon basin: fertilizer, manure and charcoal amendments. Plant and Soil. 249: 343-357.
3.Sun, H., Feng, Y., Xue, L., Mandal, S., Wang, H., Shi, W., and Yang, L. 2020. Response of ammonia volatilization from rice paddy soil to application of wood vinegar alone or combined with biochar. Elsevier. 242: 1-7.
4.Grewal, A., Abbey, L., and Gunupuru, L.R. 2018. Production, prospects and potential application of pyroligneous
acid in agriculture. Journal Analaysis Applied. 135: 152-1529.
5.Travero, J., and Mihara, M. 2015. Impacts of pyroligneous acid to biological and chemical properties of depleted soil in Bohol, Philippines. International Journal of Environmental and Rural Development. 6: 1. 132-137.
6.Zhang, Y., Wang, X., Liu, B., Liu, Q., Zheng, H., You, X. Sun, K., Luo, X., and Li, F. 2020. Comparative study of individual and co- application of biochar and wood vinegar on blueberry fruit yield and nutritional quality. Elsevier. 246: 1-11.
7.Behesti, M., Alikhani, H., Motesharezadeh, B., and Mohammadi, L. 2016. Quality variations of cow manure biochar generated at different pyrolysis temperatures. Journal of Water and Soil Research. 47: 2. 259-267. (In Persian)
8.Chen, H.X., Du, Z.L., Guo, W., and Zhang, Q.Z. 2011. Effects of biochar amendment on cropland soil bulk density, cation exchange capacity, and particulate organic matter content in the North China Plain. The Journal of Applied Ecology. 22: 2930-2934.
9.Steinbeiss, S., Gleixner, G., and Antonietti, M. 2009. Effect of biochar amendment on soil carbon balance and soil microbial activity. Soil Biology and Biochemistry. 41: 1301-1310.
10.Zulkarami, B., Ashrafuzzaman, M., Husni, M.O., and Ismail, M.R. 2011. Effect of pyroligneous acid on growth, yield and quality improvement of rockmelon in soilless culture. Australian Journal of Crop Science. 5: 12. 1508-1514.
11.Saberi, M., Askary, H., and Sarpeleh, A. 2013. Integrated Effects of Wood Vinegar And Tea Compost On Root Rot And Vine Decline And Charcoal Root Rot Diseases Of Muskmelon. Biocontrol in Plant Protection. 1: 1. 91-101. (In Persian)
12.Payamara, J. 2011. Usage of wood vinegar as new organic subxtance. International Journal of ChemTech Research. 3: 3. 1658-1662.
13.Moradi, N., Rasouli-Sadaghian, M.H., and Sepehr, E. 2017. Effect of Biochar Types and Rates on Some Soil properties and Nutrients Availability in a Calcareous Soil. Journal of Water and Soil. 31: 4. 1232-1246. (In Persian)
14.Ippolito, J.A., Ducey, T.F., Cantrell, K.B., Novak, J.M., and Lentz, R.D. 2016. Designer, acidic biochar influences calcareous soil characteristics. Chemosphere. 142: 184-191.
15.Khadem, A., Raeisi, F., and Besharati, H. 2017. A Review of Biochar Effects on Soil Physical, Chemical, and Biological Properties. Land Management Journal. 5: 1. 13-30. (In Persian)
16.Forouhar, M., Khorassani, R., Fotivat, A., Shariatmadari, H., and Khavazi, K. 2017. The Influence of Different Biochars and their Feedstock on Some Soil Chemical Properties and Nutrients over the Time in a Calcareous Soil. Journal of Water and Soil. 32: 2. 299-312. (In Persian)
17.Vahedi, R., Rasouli-Sadaghiani, M., Barin, M., and Vetukuri, R. 2022. Effect of Biochar and Microbial Inoculation on P, Fe, and Zn Bioavailability in a Calcareous Soil. Processes. 10: 343. 1-14.
18.Hagner, M., Penttinen, O.P., Tiilikkala, K., and Setala, H. 2013. The effects of biochar, wood vinegar and plants on glyphosate leaching and degradation. European Journal of Soil Biology. 58: 1-7.
19.Seo, P.D., Venecio, U., Ultra, Jr., Rosnah, M., Rubenecia and Lee, CH.S. 2015. Influence of herbicides-pyroligneous acids mixtures on some soil properties, Growth and Grain Quality of Paddy Rice. International Journal of Agriculture & Biology.
17: 3. 499-506.
20.Thomas, G.W. 1996. Soil pH and soil acidity. Method of Soil Analysis. Part3, chemical methods. Soil Science Society of America. Madison. Wisconsin, pp: 475-490.
21.Rhoades, J.D. 1986. Soluble salts. In: Page, A.L. Miller, R.H. and Keeney, D.R. (eds.) Methods of Soil Analysis. Part 2. Soil Science Society of America. Madison. Wisconsin, pp. 167-179.
22.Olsen, S.R., and Sammers, L.E. 1982. phosphorus. In: A.L. Page, R.H. Miller, and D.R. Keeney (eds) Methods of Soil Analysis. Part 2. Chemical and microbiological properties. 2nd ed. Monogr. 9. ASA and SSSA, Madison, Wisconsin, pp. 403-430.
23.Nelissen, V., Ruysschaert, G., Stover, D.M., Bode, S., Cook, J., Ronsse, F., Shackley, S., Boeckx, P., and Nielsen, H.H. 2014. Short term effect of feedstock and pyrolysis temperature on biochar characteristics, soil and crop response in temperate soils. Agronomy. 4: 52-73.
24.Nelson, D.W., and Summers, L.E. 1996. Total carbon organic carbon and organic matter. In: D.L. Sparks (ed.) Methods of Soil Analysis. Part 3. Chemical methods. Soil Science Society of America. Madison. Wisconsin, pp. 961-1010.
25.Bremner, J.M., and Mulvaney, C.S. 1965. Nitrogen-Total. In: Methods of soil analysis: part 2, Chemical and Microbiological Properties. Page, A.L. (Ed). 1982. Second Edition. American Society of Agronomy Inc. Madison, Wisconsin USA. Agronomy Series.9: 2. 596-622.
26.Horwath, W.R., and Paul, E.A. 1994. Microbial biomass. In: D.R. Buxton (ed.), Methods of Soil Analysis. Part 2: Microbiological and Biochemical Properties. ASA and SSSA. Madison. Wisconsin, pp. 771-821.
27.Anderson, J.P.E. 1982. Soil respiration. In: Page, A.L., Miller, R.H. and Keeney, D.R .(eds.). Methods of Soil Analysis. Part 2. Chemical and Microbiological Properties. Soil Science Society of America and American Society of Agronomy, Madison, pp. 831-871.
28.Dempster, D.N., Gleeson, D.B., Solaiman, Z.M., Jones, D.L., and Murphy, D.V. 2012. Decreased soil microbial biomass and nitrogen mineralisation with eucalyptus biochar addition to a coarse textured soil. Plant and Soil. 354: 311-324.
29.Ippolito, J.A., Novak, J.M., Busscher, W.J., Ahmedna, M., Rehrah, D., and Watts, D.W. 2012. Switchgrass biochar affects two Aridisols. Journal Environmental Quality. 41: 1123-1130.
30.Zolfi Bavariani, M., Ronaghi, A., Karimian, N., Ghasemi, R., and Yasrebi, J. 2016. Effect of Poultry Manure Derived Biochars at Different Temperatures on Chemical Properties of a Calcareous Soil. Water and Soil Science. 20: 75. 73-86. (In Persian)
31.Jeong, K.W., Kim, B.S., Venecio, U., Ultra, J., and Lee, S. 2015. Effects of Rhizosphere Microorganisms and Wood Vinegar Mixtures on Rice Growth and Soil Properties. Korean. Journal Crop Science. 60: 3. 355-365.
32.Anderson, C.R., Condron, L.M., Clough, T.J., Fiers, M., Stewart, A., Hill, R.A., and Sherlock, R.R. 2011. Biochar induced soil microbial community change: Implications for biogeochemical cycling of carbon, nitrogen and Pedobiologia. 54: 309-320.
33.Rutigliano, F.A., Romano, M., Marzaioli, R., Baglivo, I., Baronti, S., Miglietta, F., and Castaldi, S. 2014. Effect of biochar addition on soil microbial community in a wheat crop. European Journal of Soil Biology. 60: 9-15.
34.Koc, I., Yardim, E.N., Akca, M.O., and Namli, A. 2011. Impact of pesticides and wood vinegar, used in wheat agro-ecosystems, on the soil enzyme activities. Fresenius Environmental Bulletin. 27: 4. 2442-2448.
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 29، شماره 3
مهر 1401
صفحه 23-44

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار